水系統的工作原理
太陽能與太陽能輔助加熱空氣源熱泵結合作為中央熱水系統的熱源,其目的在于取長補短,使二者互為補充,互為備用,在日照充足時優先使用太陽能加熱熱水,利用太陽能集熱器產生的低溫熱水作為太陽能輔助加熱空氣源熱泵的輔助熱源,從而改善熱泵的運行工況,提高其制熱性能。這種組合形式,使二者均在相對比較穩定高效的條件下工作,保證系統全年全天候的衛生熱水供應。空氣源熱泵制熱過程本質上是對空氣中蘊藏的太陽熱能的提升利用,根據熱泵的工作特性,在整個熱水系統的運行過程中,熱泵機組作為輔助熱源運行所供應的熱量中,只有一小部分來自電能,所以太陽能—熱泵中央熱水系統大大提高了太陽能利用率,減少了對一次能源的消耗。
太陽能—熱泵中央熱水系統的運行主要有以下四種工況
(1)太陽能加熱生活熱水 在大部分日照良好的晴天,系統按此工況工作,此時太陽能循環泵的工作由系統控制器根據太陽能集熱器和熱水箱的溫度進行控制,源源不斷的利用集熱器采集的熱量通過中間換熱器輸送到熱水箱。
(2)太陽能輔助熱泵機組加熱生活熱水 當陰天或多云天氣,當太陽能集熱溫度低于熱水箱水溫不足以直接加熱生活熱水時,熱泵機組啟動,利用空氣作為熱源加熱熱水箱內生活熱水。在秋冬季節,當環境溫度低于熱泵的經濟運行溫度時,熱泵機組的制熱效率下降并且蒸發器表面結霜,此時,熱泵輔助加熱循環啟動,高于環境溫度的低溫太陽能熱水進入熱泵機組輔助換熱器內,預熱通過的空氣,使熱泵效率提高,并切具有防止蒸發器結霜的作用,可以節約熱泵機組的耗電量。
(3)太陽能和熱泵機組同時加熱生活熱水 在晴天日照良好時,如果熱水系統的耗熱量大于太陽能集熱系統的有效供熱量或太陽能集熱器的數量較少,不能滿足熱水系統的用熱需求,則太陽能和熱泵機組同時工作向熱水系統供熱。
(4)熱泵機組直接加熱生活熱水 在連續的雨雪天氣,熱水系統所需熱量完全由空氣源熱泵機組提供。此時,太陽能系統處于待機狀態,熱泵機組單獨工作對熱水箱加熱。
太陽能熱泵技術原理及其特點
太陽能熱泵一般是指利用太陽能作為蒸發器熱源的熱泵系統,區別于以太陽能光電或熱能發電驅動的熱泵機組。它把熱泵技術和太陽能熱利用技術有機的結合起來,可同時提高太陽能集熱器效率和熱泵系統性能。集熱器吸收的熱量作為熱泵的低溫熱源,在陰雨天,直膨式太陽能熱泵轉變為空氣源熱泵,非直膨式太陽能熱泵作為加熱系統的輔助熱源。因此,它可全天候工作,提供熱水或熱量。
太陽能熱泵的技術特點
太陽能熱泵將太陽能利用技術與熱泵技術有機結合起來,具有以下幾個方面的技術特點:
1)同傳統的太陽能直接供熱系統相比,太陽能熱泵的*大優點是可以采用結構簡易的集熱器,集熱成本非常低。在直膨式系統中,太陽集熱器的工作溫度與熱泵蒸發溫度保持一致,且與室外溫度接近,而非直膨式系統中,太陽能集熱環路往往作為蒸發器的低溫熱源,集熱介質溫度通常為20℃~30℃,因此集熱器的散熱損失非常小,集熱器效率也相應提高。有研究表明,在非寒冷地區即使采用結構簡單、廉價的普通平板集熱器,集熱器效率也高達60%~80%,甚至采用無蓋板、無保溫的裸板集熱器也是可以的。
2)由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩定性等缺點,常規的太陽能供熱系統往往需要采用較大的集熱和蓄熱裝置,并且配備相應的輔助熱源,這不僅造成系統初投資較高,而且較大面積的集熱器也難于布置。太陽能熱泵基于熱泵的節能性和集熱器的高效性,在相同熱負荷條件下,太陽能熱泵所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都要比常規系統小得多,使得系統結構更緊湊,布置更靈活。
3)在太陽輻射條件良好的情況下,太陽能熱泵往往可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發溫度,因而具有更高的供熱性能系數(COP可達到4以上),而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小。
4)由于太陽能無處不在、取之不盡,因此太陽能熱泵的應用范圍非常廣泛,不受當地水源條件和地質條件的限制,而且對自然生存環境幾乎不造成影響。
5)太陽能熱泵同其它類型的熱泵一樣也具有“一機多用”的優點,即冬季可供暖,夏季可制冷,全年可提供生活熱水。由于太陽能熱泵系統中設有蓄熱裝置,因此夏季可利用夜間谷時電力進行蓄冷運行,以供白天供冷之用,不僅運行費用便宜,而且有助于電力錯峰。
6)考慮到制冷劑的充注量和泄漏問題,直膨式太陽能熱泵一般適用于小型供熱系統,如戶用熱水器和供熱空調系統。其特點是集熱面積小、系統緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適應性好、自動控制程度高等尤其是應用于生產熱水,具有高效節能、安裝方便、全天候等優點,其造價與空氣源熱泵熱水器相當,性能更優越。
7)非直膨式系統具有形式多樣、布置靈活、應用范圍廣等優點,適合于集中供熱、空調和供熱水系統。易于與建筑一體化。 |
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